Warsztat projektanta

O racjonalne projektowanie

żelbetowych

Stanisław Kuś

zbiorników prostokątnych

nia w zbiornikach prostokątnych zarów−

Zapotrzebowanie na zbiorniki prostokątne w oczyszczal−

no przez konstruktorów jak i wykonaw−

ców.

niach ścieków jest bardzo duże, a niewątpliwie jeszcze 5. Oczywiście samo projektowanie wzrośnie przy finansowaniu budowy oczyszczalni z fundu−

nie wyeliminuje potknięć wykonawstwa: nieszczelnej struktur y betonu (rola py−

szy europejskich.

łów krzemionkowych i dodatków hydro−

fobowych!) braku podziału stref betono−

Podstawowym materiałem konstruk−

projektować i wykonywać takie zbiorni−

wania na poziome lub pionowe z wypeł−

cyjnym jest żelbet, pomimo iż przy nad−

ki, aby ich uniknąć.

nieniem po kilku dniach niezabetono−

miarze stali na r ynku koszty niewiele Skoro właściwości betonu i jego wanych odstępów. O ile pionowe po−

się różnią, a decydują problemy tr wa−

technologia są głównymi przyczynami działy pomiędzy zabetonowanymi stre−

łości i koszty utrzymania. Równocześnie zar ysowań, to można się zastanowić, fami nie budzą wątpliwości, to pozio−

z punktu widzenia logiki zadań jakie ma jak na etapie projektowania konstruk−

me, które również likwidują wpływ tem−

spełniać zbiornik – beton jest to mate−

cyjnego można zminimalizować ich peratur y wiązania, bywają rzadko sto−

riał zupełnie niewłaściwy. Bo przecież wpływ. Oto główne podstawy koncepcji.

sowane. A ich działanie jest podobne, na dno oddzielające środowisko wodne 1. Skoro duże grubości dna i ścian gdy pasma poziome są betonowane na od ziemnego doskonale wystarczyłaby zbiornika są przyczynami pier wszych, wcześniej związanym fundamencie.

szczelna folia, gdyż obciążenie od wody na ogół pionowych, r ys z powodu wyso−

Wpływ r ys od skurczu autogenicznego rzędu 100 kN/m2 przeniesie prawie kiej temperatur y wiązania cementu, wy−

lub plastycznego – jak bywa on nazywa−

każdy grunt, a na ściany w przypadku noszącej do 60oC wewnątrz przekro−

ny – w postaci siatki włoskowatych r ys ich obsypania gruntem lub zagłębienia ju, a grubość wymiarów ścian i dna można eliminować przez rewibrację, w nim działa prawie takie samo parcie w kwadracie decyduje o różnicy od−

a pył na kruszywie łatwo się usuwa od strony wody jak i gruntu. Tu również kształceń, to tak należy dobierać osta−

przez spłukanie (hydromonitoring). O ile folia byłaby wystarczającą przegrodą.

teczne schematy statyczne, aby wystar−

temperatura wiązania i nieodłączny Oczywiście zmienność obciążeń

czały minimalne przekroje, np. 20 cm skurcz początkowy mogą być wyelimino−

w stanie wykonania i zapełniania prze−

w dnie, a 30 cm w ścianach.

wane przez wymienione działania i są czy tym funkcjonalnym założeniom i pra−

2. Skoro różnica temperatur skraj−

najbardziej niebezpieczne w pier wszych wie skazani jesteśmy na żelbet.

nych włókien przekroju wywołuje pęka−

10–20 godzinach wiązania cementu, to Równocześnie jednak obser wowa−

nia – zawsze po stronie chłodniejszej –

oczywiście dalsza pielęgnacja wodna ne są w praktyce i opisywane w litera−

to należy albo obsypywać ziemią ściany (łatwa zwłaszcza na dnie zbiornika) jest turze technicznej (np. IB nr 12/2003) zbiorników, albo je ocieplać i wykorzys−

niezbędna dla eliminacji skurczu od wy−

dziesiątki przykładów pionowych (lub tywać względną stałość temperatur y sychania.

czasem i poziomych) r ys w betonie, ich gruntu pod dnem jako działanie korzys−

Wymienionych 5 parametrów ogól−

naprawy, uszczelniania, a nawet wska−

tne dla konstrukcji.

nej filozofii konstrukcji szczelnych zbior−

zania bardziej ścisłego obliczania jako 3. Skoro dylatacje są zawsze źród−

ników prostokątnych wymaga szersze−

remedium na r ysy.

łem słabości ścian i dna, to należy dą−

go wyjaśnienia.

A istota problemu leży we właści−

żyć do ich likwidacji – tak jak to dzieje Ad 1. Schemat statyczny pokazany wościach betonu, to znaczy jego struk−

się na dużą skalę w zbiornikach cylind−

na r ys. 2a, często stosowany w projek−

turze, małej wytrzymałości na rozciąga−

r ycznych, gdzie przez prefabr ykację towaniu, prowadzi do dużej grubości nie, egzotermiczności w procesie wią−

segmentów ścian i sprężanie wyelimi−

dna, równoważącego moment utwier−

zania cementu i ogromnej wrażliwości nowano dylatacje nawet przy średni−

dzenia ściany. W rzeczywistości dolną na różnice temperaturowych odkształ−

cach D ≥ 60 m.

reakcję parcia wody, ale bez momentu, ceń poszczególnych włókien czy stref.

4. Jedynie sprężenie jest takim można przenieść przez beton o 20 cm War to więc rozpocząć dyskusję nie środkiem, któr y sprowadza wytrzyma−

grubości i zbrojeniu np. 2×φ12 co 20

o przyczynach konkretnych awarii, na−

łość betonu na rozciąganie do tych sa−

cm, uzyskując szerokość ew. r ys praw czy katastrof, a o tym jak należy mych war tości jakie ma on na ściska−

w < 0,2 mm. Dno jest wtedy oddylato−

nie – f

≈ 0,6 f . Sprawdza się ono

wane od fundamentu ściany, ale z prze−

cd

ck

doskonale w zbiornikach cylindr ycz−

cięciem jedynie betonu i ciągłym zbro−

Autor jest profesorem Politechniki Rzeszowskiej.

nych, a jest przedmiotem fobii i unika−

jeniu przenoszącym reakcję od ściany 3

IPB

4 (159) 2004

Warsztat projektanta

ły się ścianki prefabr ykowane z wypeł−

nieniem szwów betonem. Kable bez−

przyczepnościowe w bezpiecznych ko−

rozyjnie osłonkach prostych można wprowadzić znacznie łatwiej niż w wy−

giętych walcowych. A ściśnięte kablami wzdłużnie ściany nie wymagają dyla−

tacji.

Można mieć wątpliwości dotyczące dużej długości wieńców chodnikowych u gór y ściany, ale praktycznie wszystkie zbiorniki mają ściany poprzeczne, które zmniejszają rozpiętość ramy i szero−

kość wieńca.

Ad 2. Różnice temperatur rzędu

20÷30oC są przyczyną zar ysowań kra−

wędziowych zbiorników już dojrzałych i tr wale używanych. Po obsypaniu zie−

mią ścian jedynie wieńce są narażone na takie różnice – dlatego obustronne sprężenie na tyle zwiększy wytrzyma−

łość betonu na rozciąganie, że takie różnice nie będą groźne.

Rys. 1 Plan i przekroje typowych zbiorników Ad 3 i 4. Podstawowa różnica po−

między zbiornikami cylindr ycznymi i prostokątnymi polega na tym, że po−

ziome sprężenie w tych pier wszych wy−

eliminowuje obwodowe rozciąganie od parcia. W zbiornikach prostokątnych zginanie ścian jest nieuniknione, ale pionowe sprężanie np. grubymi prętami byłoby zbyt kosztowne. Jednak poziome kable obliczone dodatkowo (poza dnem) na całą siłę podłużną parcia w ścianach prostopadłych powinny być wystarczającym zabezpieczeniem rów−

nież przed pionowymi i poziomymi r ysa−

mi. Należy przewidywać dwukrotny na−

ciąg cięgien: po 10–20 godzinach od zabetonowania do 30% P z pełnym do−

Rys. 2 Schematy konstrukcji zbiornika z dala od naroży: a) niewłaściwy, b) racjonalny o

prężeniem po uzyskaniu wytrzymałości betonu.

Ad 5. W wykonywaniu sprężonych

zbiorników cylindr ycznych wyspecjalizo−

wały się konkretne przedsiębiorstwa.

Czy nie należałoby oczekiwać podobne−

go systemu organizacji w znacznie częściej stosowanych zbiornikach pros−

tokątnych?

Oczywiście, zawsze jest użyteczne bardziej precyzyjne obliczenie statyczne

– zwłaszcza w strefie naroży zbiorników, jednak decydująca w projektowaniu jest koncepcja przewidująca konsekwencje schematu i modelu oraz technologie Rys. 3 Przykład wykonania i zbrojenia ścianki i dna zbiornika o sprężonej ściance: wykonania zbiornika.

a – monolityczna, b – prefabr ykowana do ściany. Schemat 2b zarówno

– ramy prostokątnej, po której mogą Literatura

2,5−krotnie zmniejsza moment utwier−

się przesuwać urządzenia obsługujące 1. Paczkowski W., Czajka S., Kowalski I.: dzenia jak i wykorzystuje pionowy słup zbiornik i ludzie – powoduje, że pogru−

O przyczynach awarii żelbetowego zbior−

wody dla zrównoważenia parcia. Prze−

bienie konieczne jest tylko w dolnej nika prostopadłościennego. Inż. i Bud.

rzucenie momentu zginającego ścianę części ściany zbiornika. W zbiornikach nr 12/2003.

przez utworzenie u gór y ściany wieńca cylindr ycznych najkorzystniejsze okaza−

2. Norma PN−B−03264−2002.

4

IPB

4 (159) 2004